بخشی از مقاله
چکیده
قدرت تفکیک فضایی یکی از مهمترین پارامترها در حسگرهای توزیعی فیبر نوری برپایه پراکندگی بریلوئن است که به عوامل متعددی بستگی دارد. تلاشهای محققان در سالهای اخیر منجر به رسیدن قدرت تفکیک فضایی تا حد متر و یا سانتیمتر برای طول سنجش در حد کیلومتر شده است. در این مقاله ما روش همبستگی فاز دروازه زمانی را معرفی میکنیم که به کمک آن میتوان به قدرت تفکیک فضایی 8,3 میلیمتر برای 17,5 کیلومتر از طول فیبر سنجش رسید.
دو دوره زمانی ازPRBS در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفت: 32767 بیت - - 215 -1 و1023 بیت - - 210 -1 که به ترتیب به بلند و کوتاه اشاره دارد. دوره بیت 140ps که مورد استفاده قرار گرفته، به یک FWHM8 قله همبستگی برابر با 14میلیمتر مربوط است. پمپ و سیگنال در خلاف جهت هم در 17,5کیلومتر از یک فیبر تکمد استاندارد منتشر شده و بعد از برهمکنش آنها سیگنال به داخل بخش آشکارسازی این چیدمان فرستاده میشود 2]و.[3
اثرات حوزه زمانی
شکل3 حاصل بهره بریلوئن اندازهگیری شده در فیبر سنجش را برای PRBS طولانی - شکل - a 3 و کوتاه - شکل - b 3، با استفاده از پالس پمپ 70ns نشان میدهد. برای PRBS طولانی، قلههای همبستگی با فاصله 460 متر از هم جدا میشوند و یک سیگنال پسزمینهنسبتاً قوی دارند. برای PRBS کوتاه، جدایی بین قلههای همبستگی 14متر است و سیگنال پس زمینهتقریباً از بین میرود. شکل:3 بهره در طول فیبر برای - a PRBSبلند و - b کوتاه طیف این دو موج مدوله شده فازی که از چندین خط تشکیل شده است، توسط نرخ تکرار PRBS بطور طیفی جدا میشود. شکل4 اندازهگیری طیفی برای یک نور مدوله شده را نشان میدهد.
شکل:4 طیف نور مدوله شده با 127 PRBS بیتی و نرخ بیت 7 گیگاهرتز - جدایی خط 55 مگاهرتز - برای PRBS بلند و کوتاه، جدایی خطی بهترتیب به 215 کیلوهرتز و 6,8 مگاهرتز میرسد که فراتر از وضوح در دسترس برای تحلیل کنندههای طیفی است. باتوجه به جدایی خطی کوچک و پهنای 30 مگاهرتزی بهره بریلوئن، برای مورد PRBS بلند، هر خط طیفی در موج پمپ میتواند با بیش از 100خط در پروب برهمکنش کند، ولی برای PRBS کوتاه، این تعداد تنها به 5 خط میرسد - شکل. - 5 این امر، عامل اختلاف زیاد در سطح پسزمینه برای دو اثر زمانی نشان داده شده در شکل3 است. منشاء این رفتار، حضور تدریجی مولفههای مختلف در سیگنال مدوله شده است .[4]Bشکل:5 برهمکنش متقابل بین چندین خطوط طیفی از موج پمپ و سیگنال همبسته فازی برای - a PRBS بلند و - b کوتاه
بازبینی آزمایشگاهی
یکی از پارامترهای سیستم که برای رسیدن به بهترین عملکرد نیاز به بهینه شدن دارد، دورهی پالس پمپ است. بمنظور تعیین دوره پالس پمپ بهینه، نسبت سیگنال به نویز اندازهگیری میشود و زمان بدست آمده برای پهنای پالس پمپ از محدوده 30 تا 200 نانوثانیه، برای PRBS بلند و حداکثر 130ns برای PRBS کوتاه مورد ارزیابی قرار میگیرد. زمان اندازهگیری پاسخ یک قلهی همبستگی در شکل 6 نشان داده شده است.
در ابتدا دامنه پاسخ زمانی زیاد میشود اما درنهایت به حالت پایدار میرسد. باید بدانیم که بعلت بزرگتر بودن مولفههای پسزمینه، SNR9 دقیق برای PRBS طولانی کمتر اتفاق میافتد. میدانیم که، SNR با دوره پالس زیاد میشود زیرا الف - پالسهای بزرگتر به پهنای باند آشکارسازی کوچکتری نیاز دارند، ب - موج آکوستیکی زمان بیشتری برای رشد دارد. شکل - a :7 نسبت سیگنال به نویز و - b وابستگی زمان اندازهگیری به دوره پالس پمپ برای PRBS کوتاه - مربعی - و بلند - دایروی - ، خط چین هم تئوری پیش بینیشده را برای SNR نشان میدهد. تئوری SNR یک تطابق خوبی با اندازهگیری دوره پالس پمپ زیر 90ns دارد - شکلSNR . - a 7 و دوره پالس پمپ، زمان اندازهگیری را معین میکنند. شکل - b - 7 حداقل زمان اندازهگیری را، برای پالسها بین 60 و 90ns نشان میدهد، که همچنین مربوط است به محدوده نشان داده شده برای حداکثر SNR در شکل. - a - 7
آزمایش
یک دوره 1023بیتی از PRBS با دوره بیت 140ps که یک جدایی در قله همبستگی برابر 14,3 متر دارد، برای اندازهگیری همزمان حدود 1200 نقطه در طول یک فیبر 17,5 کیلومتری مجاز میباشد. شکل:8 توزیع فرکانس بریلوئن اندازهگیری شده در امتداد 17,5 کیلومتر از طول فیبر و - b عدم قطعیت فرکانس مربوطه مدلسازی شکل قله همبستگی و قدرت تفکیک فضایی برای دوره بیت 140ps انجام شد. شکل تئوری و تجربی آن و توری ضعیف تولید شده در خارج از آن در شکل9 نشان داده شده است .[5] شکل - a :9 شکل قله همبستگی برای دوره بیت 140ps و - b توری ضعیف ایجاد شده توسط مدولاسیون فازی ناقص حاصل رابطه بین فاصله نمونهبرداری و قدرت تفکیک فضایی را در شکل10 میبینیم. بنظر میرسد که بهترین وضوح فضایی به 8,2 میلیمتر برای مدولاسیون مستطیلی کامل و 7,7 میلیمتر برای گذار فازی غیرآنی مربوط است.
